双轴旋转惯导系统误差传播特性分析

针对双轴旋转惯导系统的误差传播特性问题,推导出双轴旋转惯导系统的误差方程,通过特征值判据证明了误差方程在李雅普诺夫意义下的稳定性,设计了一种合理的十六次序转位方案,建立了研究误差传播特性的方法,分别仿真了初始对准误差角、陀螺常值漂移、陀螺安装误差、陀螺标度因数误差4种因素对导航误差传播特性的影响。结果表明,4种误差因素大小均与导航误差大小成线性关系,并且满足叠加性;4种误差因素会引起导航姿态、导航速度、导航纬度的常值误差和振荡误差,但不会引起积累误差;陀螺标度因数误差会引起导航经度误差的积累和发散。最后提出了减小双轴旋转惯导系统导航误差的措施,对设计双轴旋转惯导系统有一定的参考价值。     

双轴旋转惯导旋转方式误差特性研究

在惯性导航系统定位精度优化问题的研究中,惯性导航系统在误差源作用下会产生误差.对于捷联惯导系统,常见误差源有陀螺和加速度计的常值飘移、随机游走,IMU的安装误差以及陀螺的刻度系数误差等.旋转调制可以抑制某些误差源对系统的影响,而调制效果主要由旋转方式决定.为研究双轴旋转惯导系统在不同旋转方式下的误差特性,推导了在不同旋转方案下的旋转矩阵表达式.分析了惯导系统在上述两种旋转方式以及在陀螺各常见误差源作用下的误差特性.考虑陀螺常见误差源,仿真了捷联惯导以及两种旋转方式下的双轴旋转惯导系统的位置误差模型.结果表明,在一定旋转方式下,双轴旋转惯导系统能够有效提高系统定位精度.     

基于旋转惯导双轴旋转系统的系统级标定

随着旋转调制惯导系统在空间飞行器上的逐步应用,低精度转台开始作为惯导系统的一部分参与导航过程,对基于旋转惯导系统双轴转台的光纤陀螺捷联惯导系统的系统级标定方法进行研究。建立附加约束条件和简化条件后的加速度计和陀螺的误差模型,在双轴转台上进行合理位置编排和转位,利用静态七位置下的捷联惯导输出数据做惯性导航,以速度误差和姿态误差作为观测量,建立Kalman滤波标定模型,系统辨识出三轴加速度计和陀螺的各项误差参数。通过计算机仿真验证,该方法能够准确利用滤波方法估计出陀螺和加表的共计21个器件误差参数,在工程上具有一定参考价值。     

双轴转位式捷联惯导系统安装误差分析

研究舰船导航系统,双轴转位旋转调制技术是一种系统自补偿技术,可以有效提高捷联惯导系统的精度.对双轴转位式捷联惯导系统安装误差的传播形式和公式,并分析研究了双轴转位方案系统安装误差的调制作用以及转位运动对调制效果的影响,对系统分别存在正交安装误差、非正交安装误差的情况下旋转调制前后的系统误差进行仿真.仿真结果表明,双轴转位方案能够有效补偿系统正交安装误差.转位运动会耦合非正交安装误差产生误差积累以致抵消调制效果较好,可为设计提供参考依据.     

双轴旋转惯导系统转位误差对导航精度影响研究

针对双轴旋转惯导系统转位误差对导航精度的影响机理问题,在研究陀螺的非线性标度因数误差效应基础上,分析了转位误差与陀螺非线性标度因数误差的耦合作用,对耦合作用对导航精度的影响进行了仿真.研究表明:陀螺非线性标度因数误差不变时,转位误差会引起导航经度误差的积累和发散,积累和发散的程度与转位误差大小近似呈正比关系;转位误差不变时,导航经度误差会随陀螺非线性标度因数误差的增大而增大.     

四陀螺冗余配置的单轴旋转调制捷联惯导方法

针对现有惯导采用正交配置方案导致可靠性不高以及导航误差随时间累积较快的问题,提出了一种四陀螺冗余配置的单轴旋转捷联惯导方法。通过器件级冗余技术,基于可靠性提高最大、导航特性最优以及单故障时精度更好的原则,设计了一种四陀螺对称斜置方案。在此基础上,鉴于单轴旋转调制转轴垂直方向上器件常值漂移的优势,创新性的提出了将冗余配置和单轴旋转调制相结合的冗余式单轴旋转惯导方法,文中给出了具体的设计方法和设计过程。仿真结果表明：系统可靠性较传统正交配置提高75%,定位精度较无旋转调制系统提升32%。提出的新方法不仅能同时提升系统导航精度和可靠性,而且配置结构中陀螺仪对称分布,便于安装、标校,易于工程实现。     

单轴旋转惯导系统误差特性研究

为研究单轴旋转惯导系统的误差特性,推导了旋转惯导误差方程,分析了陀螺典型器件误差对惯导系统误差特性的影响.为了研究不同旋转方式对陀螺器件误差的调制效果,设计了单轴单向连续旋转、单轴正反连续旋转以及单轴转停三种旋转方式,分析了各旋转方式对典型误差源的调制效果.综合考虑陀螺常见器件误差,选取典型误差量,基于Simulink建立了仿真模型,仿真了不同旋转方式下的惯导系统位置误差特性.结果表明,不同的旋转方式会产生不同的调制效果;同时,单轴正反旋转的惯导系统可以有效地对陀螺常见器件误差进行自补偿,提高定位精度.     

基于抑制标度因数误差的捷联旋转监控方案研究

旋转监控技术通过对惯性元件常值误差的抑制,能有效提高捷联惯导系统的导航定位精度,但由于标度因数误差的存在,降低了旋转调制效果.通过对单轴旋转方式下标度因数调制效果的分析,推导了单轴旋转下标度因数误差激励的角速率误差,并总结出旋转位置与角速率误差的对应规律,进而提出了最佳的双轴旋转方案,最大程度地抑制标度因数误差对捷联惯...     

光纤陀螺旋转捷联惯导系统的发展与应用

针对舰船对长航时、高精度导航的需求,开展基于旋转调制的光纤陀螺惯导系统技术研究,从光纤陀螺仪(FOG)的研制背景和旋转调制技术的应用出发,对比分析了国内外光纤陀螺和旋转调制技术的发展现状。阐述了旋转调制技术的发展方向并研制高精度旋转光纤捷联惯导系统的技术途径。     

基于双轴转位机构的光纤陀螺标定方法研究

针对调制型捷联系统中光纤陀螺误差系数随时间变化的问题,提出一种利用双轴转位机构实现陀螺六位置静态标定方法.根据光纤陀螺仪误差模型,利用转位机构设计六位置标定路径,激励出陀螺仪标度因数、安装误差和零位,标定新方案避免了陀螺仪误差系数的耦合.分析了转位机构的转位误差对标定精度的影响,并利用调制型捷联系统导航实验对六位置标定方案进行原理性验证.结果表明,六位置标定方法所引起的系统定位精度优于传统标定方法.     

高超声速飞行器惯导系统误差参数两次优化辨识方法

为满足高超声速飞行器高精度和高可靠性的导航要求,提出一种在发射惯性系下利用智能优化算法实现捷联惯性系统误差参数两次优化辨识的方法.建立惯性测量单元(IMU)误差补偿模型和完整的非线性捷联惯性系统导航模型,为数值优化计算提供准确的模型基础.基于SINS/GPS/CNS组合导航系统信息,建立陀螺仪误差优化模型和加速度计误差优化模型,采用两次优化策略分步估计捷联惯性系统误差参数:首先利用粒子群算法对陀螺仪误差参数进行优化辨识和补偿;然后利用粒子群算法对加速度计误差参数进行优化辨识.仿真结果表明,基于组合导航系统信息和非线性优化模型,两次优化辨识方法能够在线辨识出高精度的捷联惯性系统误差参数,陀螺仪和加速度计优化参数值的相对误差均在20%以内,从而有效提高了高超声速飞行器导航精度.     

MEMS SINS-GPS组合导航系统设计

为实现满足中低精度要求的低成本导航系统,选用MEMS惯性传感器研制了捷联式惯性导航系统(SINS);针对MEMS惯性传感器噪声较大和惯性导航系统误差随时间迅速累积的问题,利用小波对MEMS陀螺信号进行了降噪处理,并采用SINS-GPS卡尔曼滤波组合导航系统以消除惯导系统的误差累积,输出较高精度的速度、位置信息.对SINS和组合导航系统进行了仿真实验,实验结果表明所建系统的长时间导航性能有一定改善.     

机载安装误差对捷联惯导系统的综合影响研究

机载惯导系统的安装误差会引起加速度计输出中的附加干扰加速度,以及陀螺仪输出中的陀螺漂移,从而对惯导系统产生影响。针对捷联惯导系统(SINS)中的机载安装误差进行了深入全面的研究,推导出角安装误差和位置安装误差同时存在时系统的误差模型,并对机载安装误差给导航系统精度带来的影响进行了系统仿真。仿真结果表明:安装角误差和位置误差对于惯导系统的精度带来不可忽视的影响,将会引起惯导系统的迅速发散,必须对其加以补偿。该研究对于提高SINS的对准精度提供了理论依据,具有较好的工程应用价值。     

小波分析法在光纤陀螺随机误差补偿中的应用

光纤陀螺随机漂移是惯性导航系统产生误差的重要因素。尽量降低陀螺仪的漂移率是进一步提高惯性导航系统精度的重要途径,也是保证光纤陀螺静态误差补偿精度的前提。从抑制光纤陀螺随机噪声的角度出发,利用小波分析法对光纤陀螺的静态输出进行滤波处理,通过对比滤波前后陀螺的输出曲线、标准差以及各项随机误差系数,能够看出:该方法有效地补偿了光纤陀螺的随机误差。     

光纤陀螺捷联系统振动误差补偿研究

针对舰船振动环境对光纤陀螺捷联系统性能的影响,提出基于神经网络的非线性数学补偿方案。对加速度计信息作傅里叶分析,进行振动特征提取;利用提取的振动特征值作为输入向量进行BP神经网络训练,建立光纤陀螺误差输出模型;对陀螺进行在线补偿,减小振动引起的漂移误差,提高了捷联系统初始对准精度。     

激光陀螺温度误差补偿方法研究

激光陀螺是捷联惯导系统的理想元件,并广泛应用于航空、航天、航海以及地面定位定向等方面;但是,激光陀螺对温度十分敏感,温度的变化会造成激光陀螺零偏的变化,最终影响捷联系统的初始对准和导航精度;所以当要求激光陀螺工作在高精度的场合时,必须采取必要的温度误差补偿措施;通过对激光陀螺进行大量的温度试验,分析了温度及温变速率对激光陀螺零偏的影响规律,提出了激光陀螺温度补偿模型;经试验验证,此模型能在一定程度上改善温度对激光陀螺精度的影响,为进一步提高激光陀螺的精度打下基础。     

激光捷联惯组标定系数误差校准方法研究

为校准激光陀螺捷联惯组标定系数误差,介绍了基于捷联惯组开环姿态和速度更新的解析算法.捷联开环更新的姿态误差和速度误差中包含一定的标定系数误差信息,通过转动试验和静止试验可以对标定结果进行评估.通过对开环导航系统误差方程的分析,可以得到刻度系数误差、安装误差的解析解.利用误差解析解可以实现对标定系数误差的校准.在双轴位置...     

用于短时定位的MEMS旋转调制惯性导航系统

旋转调制技术能通过旋转机构的周期性转动有效地提高惯性导航系统的导航精度.首先,对在短时导航情况下的惯性导航系统和旋转调制惯性导航系统的误差特性作了详细的分析.接着,针对实际的MEMS旋转调制惯性导航系统,介绍了它的系统组成,并通过分析和比较确定其旋转方案和导航解算方案.同时,旋转机构引入的误差被分析和补偿.在此基础上,进行了静态和动态实验,并通过TRMS方法进行了精度评估.实验结果表明,静态实验和动态实验在旋转调制状态下的精度分别达到不旋转状态时的10倍左右和3倍左右.     

船用光纤陀螺小波实时滤波算法的设计与实现

针对光纤陀螺随机漂移噪声大的问题,以船用捷联式惯导系统应用需求为研究对象,对船用光纤陀螺的输出信号特征进行了深入分析。针对陀螺信号需实时处理的要求,设计了基于阈值法的实时小波滤波算法。结合陀螺信号特征分析结果,完成了实时滤波算法的小波基、分解尺度、阈值以及阈值函数设计。实时性验证实验与实测信号的实时滤波实验结果表明:该算法在满足陀螺信号实时性的条件下,能完成陀螺随机漂移噪声的有效滤波。